EP0568713B1 - Stützrost für Rohrbündel - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Stützrost für Rohrbündel gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
• Derartige Stützroste finden Verwendung beispielsweise in verhältnismäßig langgestreckten Rohrbündelreaktoren für die Durchführung wärmegetönter chemischer Reaktionen. Dabei kommt es darauf an, die einzelnen Rohre sowohl gegenseitig wie auch gesamtheitlich gegenüber dem Reaktormantel abzustützen. Während man bei gedrungeneren Rohrbündelreaktoren den die Reaktionswärme zu- bzw. abführenden Wärmeträger vermittels Umlenkscheiben oder dergl. im wesentlichen im Querstrom durch das Rohrbündel hindurchführt, sucht man bei verhältnismäßig langgestreckten Rohrbündelreaktoren zumeist, den Wärmeträger möglichst ungehindert in Längsrichtung an den Rohren entlangzuführen. Dementsprechend sollen die hier erforderlichen Stützroste bei ausreichender Festigkeit einen möglichst großen spezifischen Durchtrittsquerschnitt für den Wärmeträger besitzen, und zwar im Bereich eines jeden Rohres.
• Dem suchte man bislang gewöhnlich durch einen Stützrost aus einander kreuzenden Scharen geradliniger, zwischen den einzelnen Rohrzeilen hindurchgeführter und durch seitliche Vorsprünge, Aussparungen oder dergl. letztlich miteinander verbundener Stäbe Rechnung zu tragen. Eine andere Lösung bestand darin, auf die einzelnen Rohre Hülsen aufzusetzen und diese durch dazwischen eingeschweißte kurze Stäbe miteinander zu verbinden. Beide Lösungen sind indessen sehr arbeitsaufwendig und bei Rohrbündeln mit sehr zahlreichen, dicht beieinander angeordneten Rohren kaum noch zu verwirklichen.
• Aus der Schrift FR-A-1 573 762 ist des weiteren bereits ein Stützrost für Rohrbündel mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt, bei dem jeweils zwei aufeinanderliegende, mit gegenüber dem Rohraußendurchmesser überdimensionierten kreiszylindrischen Bohrungen versehene Scheiben derart parallel gegeneinander verschoben sind, daß die Rohre seitens der Bohrungswände der beiden Scheiben wie in einer Schere eingeklemmt werden. Ein solcher Stützrost ist zwar verhältnismäßig einfach und arbeitssparend unter Verwendung eines Bohrwerks herzustellen, jedoch bietet er nur recht begrenzte Durchtrittsquerschnitte für den Wärmeträger.
• Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stützrost mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs so auszubilden, daß er bei leichter Herstellbarkeit und guter Festigkeit ähnlich große Durchtrittsquerschnitte für den Wärmeträger bietet wie etwa die weiter oben angegebenen herkömmlichen Stützroste aus einander kreuzenden Stäben.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Stützrost mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten des betreffenden Stützrostes an.
• Während der betreffende Stützrost ähnlich einfach mit Hilfe eines Bohrwerks aus Stahlplatten herstellbar ist wie derjenige nach der vorgenannten FR-A-1 573 762, bieten die besonders angeordneten und z.T. auch ausgestalteten Durchbohrungen dem Wärmeträger einen wesentlich größeren Durchtrittsquerschnitt. Hier wie dort können die Rohre in die für sich fertiggestellten und entsprechend fixierten Stützroste je nach Wunsch zeilen- oder kranzweise eingeführt werden.
• Nachfolgend werden zwei gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen mit einigen Varianten anhand der Zeichnungen genauer beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1

einen Ausschnitt einer Scheibe des Stützrostes in einer ersten Ausführungsform in Draufsicht,

Fig. 2

einen ebensolchen Ausschnitt des fertiggestellten Stützrostes aus zwei Scheiben nach Fig. 1 in Draufsicht, wobei der Deutlichkeit halber die beiden Scheiben unterschiedlich schraffiert dargestellt sind und die obenliegende Scheibe transparent erscheint,

Fig. 3

einen Ausschnitt einer Scheibe des Stützrostes in der zweiten Ausführungsform,

Fig. 4

einen Ausschnitt des fertiggestellten Stützrostes aus zwei Scheiben nach Fig. 3 in einer Darstellungsweise entsprechend Fig. 2,

Fig. 5

einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen Stützrost in der ersten Ausführungsform, jedoch mit einstückig miteinander verbundenen Scheiben,

Fig. 6

einen Ausschnitt einer Scheibe des Stützrostes der ersten Ausführungsform, jedoch mit etwas abgewandelten Durchbohrungen und

Fig. 7

einen Auschnitt einer Scheibe des Stützrostes der zweiten Ausführungsform mit etwas abgewandelten Durchbohrungen.

• Die Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 findet bevorzugt bei verhältnismäßig dicht beieinandern angeordneten Rohren Anwendung, wo der Rohrabstand etwa die Hälfte des Rohrdurchmessers oder sogar weniger beträgt.
• Fig. 1 zeigt eine Scheibe 2 eines solchen Stützrostes ausschnittsweise in Draufsicht, wobei auch einige wenige Rohre 4 andeutungsweise dargestellt sind. Wie ersichtlich, sind die Rohre 4 und demgemäß auch entsprechende Durchbohrungen 6 der Scheibe 2 in dem bei Rohrbündeln üblichen 60°-Teilungsmuster angeordnet, wie es durch die Linien 8, 10 und 12 symbolisiert wird, die die Lage der Hauptachsen des Rohrteilungsmusters angeben.
• Betrachtet man die Rohrzeilen in Richtung einer beliebigen dieser Hauptachsen, etwa derjenigen, welche durch die Linie 8 angegeben wird, so erkennt man, daß in jeder dritten Zeile jede dritte der Durchbohrungen 6 (zur Unterscheidung mit 6a bezeichnet) in einem Maße konzentrisch erweitert ist, daß sie sich bis etwa zur Mitte M der ringsherumliegenden Durchbohrungen, 6b, fortsetzt, die dementsprechend nur noch teilweise erscheinen.
• Genauer gesagt erstreckt sich die betreffende Erweiterung 14 so weit, daß sie bis in die Nähe der übernächsten darumliegenden Bohrungen, 6c, reicht, d.h. um diese herum noch eine geschlossene Wand 16 von einer Stärke bestehen läßt, die etwa gleich derjenigen des Steges 18 zwischen aufeinanderfolgenden Bohrungen 6 ist.
• All die so beschaffenen Scheiben 2 der betreffenden Stützroste können kongruent aufeinanderliegend in einem einzigen Bohrprozeß hergestellt werden. Zur Bildung der Stützroste werden dann jeweils zwei solche Scheiben 2 seitenverkehrt mit einem gewissen Abstand, beispielsweise in der Größenordnung von einem Bohrungsdurchmesser, übereinandergelegt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden, wobei sich in Draufsicht das Muster der Fig. 2 ergibt. Wie daraus erkennbar, werden damit sämtliche Rohre, ungeachtet der Erweiterungen 14, in jeweils einer der beiden Scheiben 2, jedenfalls auf dem überwiegenden Teil ihres Umfangs, von dem Stützrost eingeschlossen, wodurch die Rohre an ihrem Platz gehalten werden. Dennoch besitzt der Stützrost, und zwar im Bereich eines jeden Rohres, einen verhältnismäßig großen Durchtrittsquerschnitt, um einen drosselarmen Durchtritt des Wärmeträgers entlang der Rohrachse zu ermöglichen.
• Es versteht sich, daß die in Fig. 2 schraffiert dargestellten beiden Scheiben 2 in dieser Figur nicht etwa geschnitten erscheinen. Die Schraffierungen dienen vielmehr nur der besseren Unterscheidung der beiden Scheiben 2, hier mit 2a und 2b bezeichnet, sowie zur Kenntlichmachung der einander überdeckenden Bereiche, wie z.B. 20 (wozu auch noch die obenliegende Scheibe, 2a, transparent dargestellt ist).
• Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Ausführungsform ist in besonderem Maße für Rohrbündel mit verhältnismäßig weit auseinanderliegenden Rohren geeignet, indem sie, wie Fig. 4 erkennen läßt, einen besonders großen rohrachsnormalen Durchtrittsquerschnitt bestehen läßt. D.h. dieser Durchtrittsquerschnitt wäre auch dann noch vorhanden, wenn die beiden betreffenden Scheiben 22a und 22b unmittelbar aufeinanderlägen.
• Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird eine jede der Scheiben 22a und 22b - fortan einheitlich mit 22 bezeichnet - dadurch erhalten, daß bei einem 60°-Rohrteilungsmuster in Richtung der Rohrteilungshauptachsen (Linien 24, 26 und 28) in jeder zweiten Zeile jede zweite der betreffenden Durchbohrungen 30, zur Unterscheidung mit 30a bezeichnet, bis in die Nähe der darum herumliegenden Durchbohrungen 30b konzentrisch erweitert wird. Die betreffenden Erweiterungen sind mit 32 bezeichnet. Da die dazwischenliegenden Stege 34 dazu noch Raum lassen, sind darin in der Mitte zwischen jeweils drei Durchbohrungen 30 und Erweitungen 32 weitere Durchbohrungen, 36, vorgesehen, um den Durchtrittsquerschnitt zu vergrößern.
• Zwei - oder auch mehrere - der Scheiben 22 können nun wiederum seitenverkehrt mit Abstand übereinanderliegend miteinander verbunden werden, ähnlich wie dies mit den Scheiben 2 in dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall war, um den fertigen Stützrost nach Fig. 4 zu bilden.
• In beiden Fällen können aber auch die jeweiligen Scheiben 2 bzw. 22 mittels einfacher Bohr- bzw. Fräsvorgänge zusammenhängend hergestellt werden, um auch fortan noch ein einstückiges Teil zu bilden. Ein solches Beispiel zeigt Fig. 5. Wie daraus erkennbar, kann der betreffende Stützrost dadurch erhalten werden, daß in einer einstückigen Platte 38 zunächst Durchbohrungen 6 für sämtliche Rohre eingebracht und sodann die jeweiligen Erweiterungen 14 durch Einfräsen abwechselnd von beiden Seiten her, jeweils über die Mittelebene 40 der Platte 38 hinaus, hergestellt werden. Die beiden so erhaltenen Scheiben 2a und 2b stehen weiterhin über Materialbereiche 42 miteinander in Verbindung, welche die den beiden Scheiben gemeinsamen geschlossenen, d.h. vollwandig bestehengebliebenen Durchbohrungen 6d umgeben.
• Die Figuren 6 und 7 zeigen noch, und zwar Fig. 6 für die Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 und Fig. 7 für die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4, eine Möglichkeit, den Durchtrittsquerschnitt des Stützrostes dadurch weiter zu vergrößern, daß die geschlossen bestehenbleibenden Durchbohrungen 6 bzw. 30 einer jeden Scheibe mit lappenförmigen Erweiterungen 6d bzw. 30c versehen werden, wie sie etwa durch einen Kranz vorher eingebrachter kleinerer Durchbohrungen erhalten werden, während die dazwischen bestehenbleibenden Bohrungswandabschnitte 6e bzw. 30d die Abstützung der Rohre übernehmen.

Claims (6)

1. Stützrost für Rohrbündel zur gegenseitigen wie auch gesamtheitlichen Abstützung der Rohre (4) gegen seitliche Ausbiegungen in bezug auf die Rohrachse und mit individuellen Durchtrittsöffnungen für die einzelnen Rohre, bestehend aus mindestens zwei normal zu der Rohrachse angeordneten, miteinander verbundenen Scheiben (2; 22), wobei die Durchtrittsöffnungen von Durchbohrungen (6; 30) der Scheiben gebildet werden und miteinander korrespondierende solche Durchbohrungen aufeinanderfolgender Scheiben gegeneinander versetzt auftreten und nur an begrenzten Rohrumfangsbereichen an den Rohren anzuliegen vermögen, dadurch gekennzeichnet , daß die Scheiben (2; 22) mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, daß die Durchbohrungen (6; 30) einen dem Rohraußendurchmesser entsprechenden Durchmesser aufweisen und in einem gleichmäßigen 60°-Rohrteilungsmuster auftreten, jedoch, gesehen in Richtung einer der Rohrteilungshauptachsen (Linien 8, 10, 12; 24, 26, 28), in jeder n-ten Zeile jede n-te solche Durchbohrung bis in die Nähe der (n - 1)-ten darumherumliegenden Durchbohrungen (6; 30) konzentrisch erweitert ist, wobei n = 2 oder 3 ist und die betreffenden Erweiterungen (14; 30) aufeinanderfolgender Scheiben (2a, 2b; 22a, 22b) derart gegeneinander versetzt auftreten, daß eine solche Erweiterung der einen Scheibe koaxial mit einer geschlossen bestehengebliebenen Durchbohrung (6c; 30b) der anderen Scheibe angeordnet ist.
2. Stützrost nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der miteinander verbundenen Scheiben (2; 22) 2 beträgt.
3. Stützrost nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Scheiben (2; 22) über zumindest eine Anzahl miteinander fluchtende geschlossen bestehengebliebene Durchbohrungen (6c; 30b) der Scheiben umgebende, den Scheibenabstand überbrückende Materialbereiche (42) einstückig miteinander verbunden sind.
4. Stützrost nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die überbrückenden Materialbereiche (42) das Profil der die betreffenden miteinander fluchtenden Durchbohrungen (6c; 30b) umgebenden, einander überdeckenden Scheibenbereiche (20) aufweisen.
5. Stützrost nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die geschlossen bestehengebliebenen Durchbohrungen (6c; 30b) mit lappenartigen Erweiterungen (6d; 30c) versehen sind.
6. Stützrost nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (34) zwischen den geschlossen bestehengebliebenen Durchbohrungen (30b) einer jeden Scheibe (22), soweit festigkeitsmäßig tragbar, in Richtung der Bohrungsachsen zusätzliche Durchbrechungen (36) aufweisen.

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